在中學學習過程中,我們知道重力的存在。它使得抛出的物體能落回地面;使得人能安然地生活在地球上,本人不至于漂浮到外太空。
萬有引力的存在使得天體之間互相吸引。月球之所以繞地球運動,地球等行星之所以繞太陽運動,都是因為天體之間存在着萬有引力。
電荷之間相互吸引或者排斥,是因為有電場力的存在。磁體之間相互吸引和排斥,是因為有磁場力的存在。
電磁力,引力這些場力的存在非常讓人疑惑。原因在于,力是物體之間的相互作用。像彈力,摩擦力,這些裡的産生是物體之間确實相互接觸。就像你要移動桌子上的水杯,一定要和它接觸,如果沒有任何接觸怎麼會産生裡呢?那麼像電荷之間,磁體之間,天體之間兩個物體并沒有相互接觸,怎麼會有力的産生?
高中物理解釋說,他們通過一種特殊的物質接觸,這種物質稱為場。場存在的唯一作用就是提供力,各種場力。我們在研究場時,用輔助線去描述各種場(電場線,磁場線);甚至可以結合物體的受力,來定量的比較場的大小。
但是場到底是一種什麼物質?高中物理隻是抱着一種工具主義者的态度,隻要求知道物體的受力,場在空間中某點分布的強弱大小,就可以了。而并沒有進一步的細講。
那麼電磁場,重力場,引力場,“場”到底是什麼?
引力場到底是什麼?
實際上根據愛因斯坦的相對論,大質量的物體會使空間扭曲。就像你在綿軟的大海綿上放置一個鉛球一樣。引力場是物質在空間中産生的空間彎曲效應。具體來講,物體在真空中将做勻速直線運動,但是空間扭曲,物體在該彎曲空間内就做圓周運動。這就是引力場的真相。
電場和磁場是什麼?
在高中學習,我們知道靜止的電荷周圍存在靜電場;靜止的磁體周圍存在磁場。而且随時間變化的電場産生磁場,随時間變化的磁場産生電場,兩者互為因果,形成電磁場。電磁場總是以光 速向四周傳播,形成電磁波。光就是一種電磁波。那麼電磁場或者說光,到底是什麼呢?
實際上在高中學習過程中,我們主要體現了電磁場的波動性,也就是說你可以把電磁場看成一種波,它可以給電荷或磁體傳遞力和能量。唯一和機械波的不同處是,它不需要介質就可以傳播。随着量子力學的誕生和發展,人們發現能量是不連續的,電磁波也有動量,光也有動量。也就是說電磁場既有波動性又有粒子性,所以電磁場即是波又是粒子。後來人們進一步研究,通過實驗發現實際上實物粒子也有波動性。那麼波動性和粒子性,實際上就是事物的一體兩面。
雖然我們現在對于電磁波的利用非常廣泛和成熟,包括無線電通信,紅外線加熱,紫外線殺菌,醫學上利用射線做手術等等,但是電磁波到底該和日常生活中的事物來類比或者比喻呢?好像沒有一個合适的。因此課本上也隻能無奈地說:電磁場是物質存在的一種特殊形式。
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